Convirtiendo imágenes en física: ‘fogatas’ solares, clima espacial y cometas en desintegración

Los últimos resultados de Solar Orbiter muestran que la misión está haciendo las primeras conexiones directas entre los eventos en la superficie solar y lo que está sucediendo en el espacio interplanetario alrededor de la nave espacial. También nos está brindando nuevos conocimientos sobre las ‘fogatas’ solares, el clima espacial y los cometas en desintegración.

“No podría estar más satisfecho con el rendimiento de Solar Orbiter y los diversos equipos que lo mantienen en funcionamiento y sus instrumentos”, dice Daniel Müller, científico del proyecto Solar Orbiter de la ESA.

«Este año ha sido un verdadero esfuerzo de equipo en circunstancias difíciles, y ahora estamos comenzando a ver que esos esfuerzos realmente están dando sus frutos».

Los diez instrumentos científicos de Solar Orbiter se dividen en dos grupos. Hay seis telescopios de detección remota y cuatro instrumentos in situ. Los instrumentos de teledetección miran al Sol y su atmósfera extendida, la corona. Los instrumentos in situ miden las partículas alrededor de la nave espacial, que han sido liberadas por el Sol y se conocen como viento solar, junto con sus campos magnéticos y eléctricos. Rastrear el origen de esas partículas y campos hasta la superficie solar es uno de los objetivos clave de Solar Orbiter.

Durante el primer paso cercano del Sol de Solar Orbiter, que tuvo lugar el 15 de junio y vio la nave espacial acercarse a 77 millones de kilómetros, tanto los instrumentos de detección remota como in situ registraron datos.

Huellas del viento solar

Los datos de Solar Orbiter han hecho posible calcular la región de origen del viento solar que golpea la nave espacial e identificar esta ‘huella’ en las imágenes de detección remota. En un ejemplo estudiado en junio de 2020, la huella se ve en el borde de una región llamada ‘agujero coronal’, donde el campo magnético del Sol llega al espacio, permitiendo que fluya el viento solar.

Aunque el trabajo es preliminar, todavía está más allá de todo lo que ha sido posible hasta ahora.

“Nunca antes habíamos podido hacer un mapeo tan preciso”, dice Tim Horbury, del Imperial College de Londres y presidente del Grupo de Trabajo In-Situ de Solar Orbiter.

Física de fogatas

Solar Orbiter también tiene nueva información sobre las ‘fogatas’ del Sol que captaron la atención del mundo a principios de este año.

Las primeras imágenes de la misión mostraron una multitud de lo que parecían ser pequeñas erupciones solares que estallaban en la superficie del Sol. Los científicos las llamaron fogatas porque aún no se conoce la energía exacta asociada con estos eventos. Sin la energía, aún no está claro si son el mismo fenómeno que otros eventos eruptivos de menor escala que han sido vistos por otras misiones. Lo que hace que todo sea tan tentador es que durante mucho tiempo se pensó que existían ‘nano-llamaradas’ a pequeña escala en el Sol, pero nunca antes habíamos tenido los medios para ver eventos tan pequeños.

“Las fogatas podrían ser las nano-llamaradas que buscamos con Solar Orbiter”, dice Frédéric Auchère, Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay, Francia, y Presidente del Grupo de Trabajo de Teledetección de Solar Orbiter.

Fogatas en el sol

Una imagen de alta resolución del Extreme Ultraviolet Imager (EUI) en la nave espacial Solar Orbiter de la ESA, tomada con el telescopio HRIEUV el 30 de mayo de 2020. El círculo en la esquina inferior izquierda indica el tamaño de la Tierra para la escala. La flecha apunta a una de las características omnipresentes de la superficie solar, llamadas ‘fogatas’ y reveladas por primera vez por estas imágenes. Crédito: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD / WRC, ROB, UCL / MSSL

Esto es importante porque se teoriza que las nano-llamaradas son responsables de calentar la corona, la atmósfera exterior del Sol. El hecho de que la corona esté a aproximadamente un millón de grados Celsius mientras que la superficie tiene solo unos 5000 grados sigue siendo uno de los problemas más desconcertantes de la física solar actual. Investigar este misterio es uno de los objetivos científicos clave de Solar Orbiter.

Para explorar la idea, los investigadores han estado analizando datos con el instrumento SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) de Solar Orbiter. SPICE está diseñado para revelar la velocidad del gas en la superficie solar. Ha demostrado que de hecho hay eventos a pequeña escala en los que el gas se mueve con una velocidad significativa, pero aún no se ha buscado una correlación con las fogatas.

“En este momento, solo tenemos datos de puesta en servicio, tomados cuando los equipos aún estaban aprendiendo el comportamiento de sus instrumentos en el espacio, y los resultados son muy preliminares. Pero claramente, vemos cosas muy interesantes ”, dice Frédéric. «Solar Orbiter tiene que ver con el descubrimiento, y eso es muy emocionante».

Surfeando la cola de un cometa

Además del progreso hacia los objetivos científicos planificados de Solar Orbiter, también ha habido ciencia fortuita de la nave espacial.

Poco después del lanzamiento de Solar Orbiter, se notó que volaría aguas abajo del cometa ATLAS, pasando por sus dos colas. Aunque Solar Orbiter no fue diseñado para tal encuentro, y no debía tomar datos científicos en este momento, los expertos de la misión trabajaron para asegurarse de que todos los instrumentos in situ registraran el encuentro único.

Pero la naturaleza tenía un truco más que jugar: el cometa se desintegró antes de que la nave espacial se acercara. Entonces, en lugar de las esperadas señales fuertes de las colas, era muy posible que la nave espacial no viera nada en absoluto.

Ese no fue el caso. Solar Orbiter vio firmas en los datos del cometa ATLAS, pero no el tipo de cosas que los científicos esperarían normalmente. En lugar de un fuerte cruce de cola único, la nave espacial detectó numerosos episodios de ondas en los datos magnéticos. También detectó polvo en parches. Esto probablemente fue liberado del interior del cometa cuando se dividió en muchos pedazos pequeños.

“Esta es la primera vez que esencialmente viajamos a través de la estela de un cometa que se desintegra”, dice Tim. «Hay muchos datos realmente interesantes allí, y es otro ejemplo del tipo de ciencia fortuita de alta calidad que podemos hacer con Solar Orbiter».

Datos de partículas de Solar Orbiter

El Energetic Particle Detector (EPD) de Solar Orbiter se ha encendido y recopila datos desde marzo de 2020. Ahora ha recopilado los datos de una órbita completa. Crédito: Solar Orbiter / EPD (ESA y NASA)

Clima espacial sigiloso

Solar Orbiter ha estado midiendo el viento solar durante gran parte de su tiempo en el espacio, registrando una serie de eyecciones de partículas del Sol. Luego, el 19 de abril, una eyección de masa coronal particularmente interesante barrió Solar Orbiter.

Una eyección de masa coronal, o CME, es un gran evento meteorológico espacial, en el que se pueden expulsar miles de millones de toneladas de partículas de la atmósfera exterior del Sol. Durante esta CME en particular, que salió del Sol el 14 de abril, Solar Orbiter recorrió aproximadamente el veinte por ciento del camino desde la Tierra hasta el Sol.

Detecciones multipunto de una eyección de masa coronal

Unos meses después del lanzamiento de Solar Orbiter en febrero, midió los efectos de una eyección de masa coronal (CME) que provenía del Sol. Medidas similares de otras naves espaciales de la ESA y la NASA han permitido trazar la evolución de la CME durante su paso de cinco días desde el Sol a la Tierra. Crédito: ESA

Solar Orbiter no fue la única nave espacial que observó este evento. La misión BepiColombo Mercury de la ESA estaba volando cerca de la Tierra en ese momento. También hubo un NASA Una nave espacial solar llamada STEREO situada a unos noventa grados de la línea directa Sol-Tierra, y mirando directamente a través del área del espacio por la que viajó la CME. Observó el impacto de la CME sobre Solar Orbiter y luego contra BepiColombo y la Tierra. La combinación de las mediciones de todas las diferentes naves espaciales permitió a los investigadores estudiar realmente la forma en que evolucionó la eyección de masa coronal a medida que viajaba por el espacio.

Esto se conoce como ciencia multipunto y gracias a la cantidad de naves espaciales que hay ahora en el sistema solar interior, se convertirá en una herramienta cada vez más poderosa en nuestra búsqueda para comprender el viento solar y el clima espacial.

«Podemos mirarlo de forma remota, podemos medirlo in situ y podemos ver cómo cambia una CME a medida que viaja hacia la Tierra», dice Tim.

Quizás tan intrigantes como la nave espacial que vio el evento, fueron las que no lo hicieron. La ESA-NASA SOHO La nave espacial, que se encuentra frente a la Tierra y observa constantemente al Sol en busca de erupciones como esta, apenas lo registró. Esto coloca al evento del 19 de abril en una clase poco común de eventos climáticos espaciales, denominados CME sigilosos. Estudiar estos eventos más esquivos nos ayudará a comprender el clima espacial de manera más completa.

Sobrevuelo de Venus del Orbitador Solar

Impresión artística de Solar Orbiter haciendo un sobrevuelo en Venus. Crédito: ESA / ATG medialab

En los próximos años, aumentarán las oportunidades para la ciencia multipunto. El 27 de diciembre, Solar Orbiter completará su primer Venus volar por. Este evento utilizará la gravedad del planeta para acercar la nave espacial al Sol, colocando a Solar Orbiter en una posición aún mejor para las mediciones conjuntas con la sonda solar Parker de la NASA, que también completará dos sobrevuelos de Venus en 2021.

Mientras Parker realiza mediciones in situ desde el interior de la atmósfera solar, Solar Orbiter tomará imágenes de la misma región. Juntas, las dos naves espaciales darán tanto los detalles como el panorama general.

“2021 será un momento emocionante para Solar Orbiter”, dice Teresa Nieves-Chinchilla, científica del proyecto Solar Orbiter de la NASA. “Para fin de año, todos los instrumentos estarán trabajando juntos en modo científico completo, y nos estaremos preparando para acercarnos aún más al Sol”.

En 2022, Solar Orbiter se acercará a 48 millones de kilómetros de la superficie del Sol, más de 20 millones de kilómetros más cerca de lo que estará en 2021.